JPH06237011A - 光半導体素子 - Google Patents
光半導体素子Info
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- JPH06237011A JPH06237011A JP2436093A JP2436093A JPH06237011A JP H06237011 A JPH06237011 A JP H06237011A JP 2436093 A JP2436093 A JP 2436093A JP 2436093 A JP2436093 A JP 2436093A JP H06237011 A JPH06237011 A JP H06237011A
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- layer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、高効率，高出力化を図ることを主
要な目的とする。 【構成】基板(11)上に、第１クラッド層(12)、量子井戸
活性層(13)を順次介してメサ状第２クラッド層(14)を設
け、この第２クラッド層(14)を電流ブロック層(16)で埋
め込んでなる屈折率差導波型ダブルヘテロ接合の光半導
体素子において、前記量子井戸活性層(13)の単位量子当
りの光閉じ込め係数を０．０５以下とするとともに、活
性層(13)全体の光閉じ込め係数を０．３以上０．６以下
とし、かつ端面の反射率を１０-4以下にしたことを特徴
とする光半導体素子。
要な目的とする。 【構成】基板(11)上に、第１クラッド層(12)、量子井戸
活性層(13)を順次介してメサ状第２クラッド層(14)を設
け、この第２クラッド層(14)を電流ブロック層(16)で埋
め込んでなる屈折率差導波型ダブルヘテロ接合の光半導
体素子において、前記量子井戸活性層(13)の単位量子当
りの光閉じ込め係数を０．０５以下とするとともに、活
性層(13)全体の光閉じ込め係数を０．３以上０．６以下
とし、かつ端面の反射率を１０-4以下にしたことを特徴
とする光半導体素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光半導体素子に関し、特
にマルチモード光ファイバ通信や光計測用光源としての
高出力スーパールミネッセントダイオードに関する。
にマルチモード光ファイバ通信や光計測用光源としての
高出力スーパールミネッセントダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、スーパールミネッセントダイオー
ド（以下、ＳＬＤと呼ぶ）は、通常の利得導波型半導体
レーザの両端面に低反射コーティングを設ける方法、あ
るいはストライプ幅を通常の５μｍに対して３０〜４０
μｍと広くし、そのストライプの角度を共振器端面に対
して５度傾け、端面反射率を１０-4以下にして高出力化
する方法がある。
ド（以下、ＳＬＤと呼ぶ）は、通常の利得導波型半導体
レーザの両端面に低反射コーティングを設ける方法、あ
るいはストライプ幅を通常の５μｍに対して３０〜４０
μｍと広くし、そのストライプの角度を共振器端面に対
して５度傾け、端面反射率を１０-4以下にして高出力化
する方法がある。
【０００３】例えば、1988年ゲラードらによる米国電気
電子学会量子電子部会誌の12巻2454頁〜2457頁に掲載さ
れた「高出力スーパールミネッセントダイオード」の構
造概略を図５に示す（Ａ．Ｇerard ，et al : “Ｈigh-
Ｐower ＳuperluminescentＤiodes ”ＩＥＥＥ，Ｊ，
Ｑuantum，Ｅlectronics，vol24 ，Ｎo.12，pp2454-245
7(1988) ）。
電子学会量子電子部会誌の12巻2454頁〜2457頁に掲載さ
れた「高出力スーパールミネッセントダイオード」の構
造概略を図５に示す（Ａ．Ｇerard ，et al : “Ｈigh-
Ｐower ＳuperluminescentＤiodes ”ＩＥＥＥ，Ｊ，
Ｑuantum，Ｅlectronics，vol24 ，Ｎo.12，pp2454-245
7(1988) ）。
【０００４】図中の１は、ｎ型のＧａＡｓ基板である。
この基板１上には、ｎ型のＡｌ0.4Ga 0.6 Ａｓクラッド
層２，Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ａｓ活性層３，ｐ型のＡｌ0.4
Ｇａ0.6 Ａｓクラッド層４，ｎ型のＧａＡｓ電流ブロッ
ク層５，ＳｉＯ2 からなる絶縁膜６が順次形成されてい
る。前記絶縁膜６には、基板１の長手方向に対して傾斜
角（θ）傾いた凹部（ストライプ）６ａが形成されてい
る。前記絶縁膜６上には、前記凹部６ａを介して前記電
流ブロック層５に接続するｐ側電極７が形成されてい
る。前記基板１の裏面にはｎ側電極８が形成されてい
る。なお、図中の９（斜線部分）は、ストライプ直下の
前記電流ブロック層５及びクラッド層４に形成されたＺ
ｎ拡散領域である。
この基板１上には、ｎ型のＡｌ0.4Ga 0.6 Ａｓクラッド
層２，Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ａｓ活性層３，ｐ型のＡｌ0.4
Ｇａ0.6 Ａｓクラッド層４，ｎ型のＧａＡｓ電流ブロッ
ク層５，ＳｉＯ2 からなる絶縁膜６が順次形成されてい
る。前記絶縁膜６には、基板１の長手方向に対して傾斜
角（θ）傾いた凹部（ストライプ）６ａが形成されてい
る。前記絶縁膜６上には、前記凹部６ａを介して前記電
流ブロック層５に接続するｐ側電極７が形成されてい
る。前記基板１の裏面にはｎ側電極８が形成されてい
る。なお、図中の９（斜線部分）は、ストライプ直下の
前記電流ブロック層５及びクラッド層４に形成されたＺ
ｎ拡散領域である。
【０００５】こうした構成のダイオードにおいて、ｎ1
をストライプ直下の活性層周辺の光の伝播定数を屈折率
に変換したときの等価屈折率、ｎ2 をストライプ以外の
活性層部分の屈折率としたとき、傾いたストライプ６ａ
内でファブリ−ペロモードが存在する臨界角θc は、次
式で表わされる。 ｓｉｎθc ＝｛１−（ｎ2 ／ｎ1 ）2 ｝0.5
をストライプ直下の活性層周辺の光の伝播定数を屈折率
に変換したときの等価屈折率、ｎ2 をストライプ以外の
活性層部分の屈折率としたとき、傾いたストライプ６ａ
内でファブリ−ペロモードが存在する臨界角θc は、次
式で表わされる。 ｓｉｎθc ＝｛１−（ｎ2 ／ｎ1 ）2 ｝0.5
【０００６】ゲラードらの試作した利得導波型レーザの
場合には、屈折率差が５×１０-3程度であることより、
θc は３．１３度となる。設計上、両端面が無反射コー
ティングした場合、ストライプの傾斜角θがθc に一致
した時、ストライプ方向の反射率ρ（θ）は６×１０-5
と著しく小さくなるが、ファブリーペロモードを完全に
抑制できない。この臨界角θc より大きい角度では、ρ
（θ）は零となる。彼等の試作では、θ＝５度、共振器
長＝４００μｍ、ストライプ幅５μｍ（実効的な幅はキ
ャリアの拡散より３０μｍ程度となる）で、最大出力２
８ｍＷであり、レーザ発振モードが重畳されているもの
のＳＬＤを得ている。つまり、光のスペクトルはＬＥＤ
と同様、レーザのような共振モードがなく、かつＩ−Ｌ
（電流と光出力）の特性がスーパーリニアになる。
場合には、屈折率差が５×１０-3程度であることより、
θc は３．１３度となる。設計上、両端面が無反射コー
ティングした場合、ストライプの傾斜角θがθc に一致
した時、ストライプ方向の反射率ρ（θ）は６×１０-5
と著しく小さくなるが、ファブリーペロモードを完全に
抑制できない。この臨界角θc より大きい角度では、ρ
（θ）は零となる。彼等の試作では、θ＝５度、共振器
長＝４００μｍ、ストライプ幅５μｍ（実効的な幅はキ
ャリアの拡散より３０μｍ程度となる）で、最大出力２
８ｍＷであり、レーザ発振モードが重畳されているもの
のＳＬＤを得ている。つまり、光のスペクトルはＬＥＤ
と同様、レーザのような共振モードがなく、かつＩ−Ｌ
（電流と光出力）の特性がスーパーリニアになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術によれば、以下に述べる問題点を有する。従来の通常
の半導体レーザの両端面に無反射コーティングを設けた
場合のＳＬＤの出力は、最大５ｍＷ程度である。また、
ストライプ方向を共振器方向に対して５度傾けたゲラー
ドらの提案したＳＬＤは、最大出力では２８ｍＷと高出
力であるが、ストライプ方向を傾けているために、遠視
野像（ＦＦＰ：Ｆar ＦieldＰatern ）のパターンが中
心から水平と垂直で１５度も離れ、素子の組立上問題で
ある。更に、５度傾けた場合には、理論的には、ファブ
リーペロモード（レーザ発振モード）は完全に抑制され
るが、実際にはキャリアの接合面に対しての横方向への
拡散効果、及びスペクトル広がりがＬＤに比べて著しく
広いため、無反射コートが全波長をカバーできず、端面
反射が生じ、レーザモードが存在し、ＦＦＰのサイドモ
ードが存在する。反射光を利用したシステムでは、戻っ
た光が光素子内でモード変換して、時間位相情報や強度
情報を利用できない。
術によれば、以下に述べる問題点を有する。従来の通常
の半導体レーザの両端面に無反射コーティングを設けた
場合のＳＬＤの出力は、最大５ｍＷ程度である。また、
ストライプ方向を共振器方向に対して５度傾けたゲラー
ドらの提案したＳＬＤは、最大出力では２８ｍＷと高出
力であるが、ストライプ方向を傾けているために、遠視
野像（ＦＦＰ：Ｆar ＦieldＰatern ）のパターンが中
心から水平と垂直で１５度も離れ、素子の組立上問題で
ある。更に、５度傾けた場合には、理論的には、ファブ
リーペロモード（レーザ発振モード）は完全に抑制され
るが、実際にはキャリアの接合面に対しての横方向への
拡散効果、及びスペクトル広がりがＬＤに比べて著しく
広いため、無反射コートが全波長をカバーできず、端面
反射が生じ、レーザモードが存在し、ＦＦＰのサイドモ
ードが存在する。反射光を利用したシステムでは、戻っ
た光が光素子内でモード変換して、時間位相情報や強度
情報を利用できない。
【０００８】本発明は上記事情を鑑みてなされたもの
で、量子井戸活性層の単位量子当りの光閉じ込め係数を
０．０５以下、活性層全体の光閉じ込め係数を０．３〜
０．６、かつ端面の反射率を１０-4以下にすることによ
り、高出力の光半導体素子を提供することを目的とす
る。
で、量子井戸活性層の単位量子当りの光閉じ込め係数を
０．０５以下、活性層全体の光閉じ込め係数を０．３〜
０．６、かつ端面の反射率を１０-4以下にすることによ
り、高出力の光半導体素子を提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に、第
１クラッド層、量子井戸活性層を順次介してメサ状第２
クラッド層を設け、この第２クラッド層を電流ブロック
層で埋め込んでなる屈折率差導波型ダブルヘテロ接合の
光半導体素子において、
１クラッド層、量子井戸活性層を順次介してメサ状第２
クラッド層を設け、この第２クラッド層を電流ブロック
層で埋め込んでなる屈折率差導波型ダブルヘテロ接合の
光半導体素子において、
【００１０】前記量子井戸活性層の単位量子当りの光閉
じ込め係数を０．０５以下とするとともに、活性層全体
の光閉じ込め係数を０．３以上０．６以下とし、かつ端
面の反射率を１０-4以下にしたことを特徴とする光半導
体素子である。
じ込め係数を０．０５以下とするとともに、活性層全体
の光閉じ込め係数を０．３以上０．６以下とし、かつ端
面の反射率を１０-4以下にしたことを特徴とする光半導
体素子である。
【００１１】本発明において、前記量子井戸活性層をｎ
型にドーピングされた光出力導波路層で挟みこまれた構
成にすること（図２参照）、あるいは少なくとも多重量
子井戸構造の中央部の量子バリア層が他の量子バリア層
よりも２〜５倍厚く，ｐ型またはｎ型にドーピングされ
た構成にすること（図４参照）、あるいは高出力化のた
めに端面近傍は活性層が無秩序化されているともに，電
流注入が抑制されて領域になった構成にすること（図３
参照）が考えられる。
型にドーピングされた光出力導波路層で挟みこまれた構
成にすること（図２参照）、あるいは少なくとも多重量
子井戸構造の中央部の量子バリア層が他の量子バリア層
よりも２〜５倍厚く，ｐ型またはｎ型にドーピングされ
た構成にすること（図４参照）、あるいは高出力化のた
めに端面近傍は活性層が無秩序化されているともに，電
流注入が抑制されて領域になった構成にすること（図３
参照）が考えられる。
【００１２】本発明においては、組立上、接合面をヒー
トシンク面側にし、放熱を良くするため、裏面に導波路
方向に対して、ビーム出射方向にストライプパターン形
状を傾け、ビームの中心と組み立て中心を一致させてい
る。
トシンク面側にし、放熱を良くするため、裏面に導波路
方向に対して、ビーム出射方向にストライプパターン形
状を傾け、ビームの中心と組み立て中心を一致させてい
る。
【００１３】
【作用】端面反射率が零に近く、レーザ発振モードが存
在しない場合、導波路内を伝播する際に生じる利得をＧ
s とすると、次式が成り立つ。 Ｇs ＝ｅｘｐ［Γ｛ｇ0 ・ηi ・（Ｊ／ｄ）−α｝ｌ］ (1)
在しない場合、導波路内を伝播する際に生じる利得をＧ
s とすると、次式が成り立つ。 Ｇs ＝ｅｘｐ［Γ｛ｇ0 ・ηi ・（Ｊ／ｄ）−α｝ｌ］ (1)
【００１４】ここで、Γは光閉じ込め係数、ｇ0 は利得
係数、ηi は内部量子効率、Ｊは注入電流密度、ｄは活
性層の厚み、αは導波路損失係数、ｌ（エル）は導波路
長を示す。自然放出光をＰs とすれば、ＳＬＤの出力は
Ｐs ×Ｇs となる。高出力化するためには、Ｇs を１０
4 以上にする必要がある。上記式(1) の値を増大させる
ためには、光閉じ込め係数を増加させ、内部量子効率η
i を増大させ、導波路損失係数を減少させる必要があ
る。（Ｊ／ｄ）を大きくするには、注入電流を大きく、
活性層を小さくする必要があるが、ｄを小さくすると、
光閉じ込め係数Γが減少する。また、注入電流密度を増
大させると、素子効率がレーザに比べ小さいので、放熱
上問題となる。以上の観点より、活性層を多重量子井戸
構造にし、内部量子効率ηi を上げ、利得係数ｇ0 を大
きく、閉じ込め係数は単量子井戸当りの閉じ込めを０．
０５以下として、基底準位間遷移で利得飽和が生じない
範囲とする。活性層全体としては、閉じ込め係数を０．
３以上０．６以下で、光の分布の単峰性条件は満足させ
る。量子井戸数の増加に対して、各々の量子井戸内に効
率よくキャリアが注入される目的で、量子バリア層をｐ
型ドーピングして、有効質量が重いホールを井戸内に過
剰に存在させて発光再結合係数を上昇させたり、光出力
導波路を活性層上下に設けてｎ型にドーピングすること
により、効率良く量子井戸内に電子が注入される様にす
る。
係数、ηi は内部量子効率、Ｊは注入電流密度、ｄは活
性層の厚み、αは導波路損失係数、ｌ（エル）は導波路
長を示す。自然放出光をＰs とすれば、ＳＬＤの出力は
Ｐs ×Ｇs となる。高出力化するためには、Ｇs を１０
4 以上にする必要がある。上記式(1) の値を増大させる
ためには、光閉じ込め係数を増加させ、内部量子効率η
i を増大させ、導波路損失係数を減少させる必要があ
る。（Ｊ／ｄ）を大きくするには、注入電流を大きく、
活性層を小さくする必要があるが、ｄを小さくすると、
光閉じ込め係数Γが減少する。また、注入電流密度を増
大させると、素子効率がレーザに比べ小さいので、放熱
上問題となる。以上の観点より、活性層を多重量子井戸
構造にし、内部量子効率ηi を上げ、利得係数ｇ0 を大
きく、閉じ込め係数は単量子井戸当りの閉じ込めを０．
０５以下として、基底準位間遷移で利得飽和が生じない
範囲とする。活性層全体としては、閉じ込め係数を０．
３以上０．６以下で、光の分布の単峰性条件は満足させ
る。量子井戸数の増加に対して、各々の量子井戸内に効
率よくキャリアが注入される目的で、量子バリア層をｐ
型ドーピングして、有効質量が重いホールを井戸内に過
剰に存在させて発光再結合係数を上昇させたり、光出力
導波路を活性層上下に設けてｎ型にドーピングすること
により、効率良く量子井戸内に電子が注入される様にす
る。
【００１５】また、中央部の量子バリア層の厚みを他の
バリア層の厚さの２〜５倍として、この領域にｎ型ドー
ピングをし、電子を効率よく量子井戸内に注入させる。
この様に効率良く量子井戸内に電子が注入されるため、
内部量子効率が増大し、単位量子井戸当りの注入電流は
小さいけれども得られる利得係数が増大するため、量子
井戸数を増加させても、注入電流密度の著しい増大はな
く、基底準位間発光で、利得飽和を生ぜず、素子効率が
レーザと同程度になる。
バリア層の厚さの２〜５倍として、この領域にｎ型ドー
ピングをし、電子を効率よく量子井戸内に注入させる。
この様に効率良く量子井戸内に電子が注入されるため、
内部量子効率が増大し、単位量子井戸当りの注入電流は
小さいけれども得られる利得係数が増大するため、量子
井戸数を増加させても、注入電流密度の著しい増大はな
く、基底準位間発光で、利得飽和を生ぜず、素子効率が
レーザと同程度になる。
【００１６】端面部分での光密度の著しい上昇及び端面
での結晶のダングリングボンドや転位空位で非発光再結
合での端面の温度上昇を伴なう、発生した光を端面近傍
の半導体層で吸収することによって生じる光学的損傷
（ＣＯＤ）を防ぐ目的で、ウィンドウ領域を形成すると
共に、注入電流がこの領域に注入されることを抑制し
て、非発光再結合確率を極力抑制している。
での結晶のダングリングボンドや転位空位で非発光再結
合での端面の温度上昇を伴なう、発生した光を端面近傍
の半導体層で吸収することによって生じる光学的損傷
（ＣＯＤ）を防ぐ目的で、ウィンドウ領域を形成すると
共に、注入電流がこの領域に注入されることを抑制し
て、非発光再結合確率を極力抑制している。
【００１７】また、量子井戸構造を活性層とすることに
より、バンド構造の変形に伴う導波路吸収損失係数αも
バルク結晶に比べ、１／２〜１／３となるため、効率は
上昇する。組立上では、ストライプ方向を端面の垂直方
向に対して５度傾けた場合、出射ビームは、スネルの法
則より ｎ1 ・ｓｉｎθ1 ＝ｎ2 ・ｓｉｎθ2 …(2)
より、バンド構造の変形に伴う導波路吸収損失係数αも
バルク結晶に比べ、１／２〜１／３となるため、効率は
上昇する。組立上では、ストライプ方向を端面の垂直方
向に対して５度傾けた場合、出射ビームは、スネルの法
則より ｎ1 ・ｓｉｎθ1 ＝ｎ2 ・ｓｉｎθ2 …(2)
【００１８】但し、上記式(2) で、ｎ1 はストライプ内
での等価屈折率，θ1 は入射角，ｎ2は出射媒体屈折
率、θ2 は出射角であり、ｎ1 が約３．５，θ1 が５度
でｎ2 ＝１よりθ2 は１７．８度となる。
での等価屈折率，θ1 は入射角，ｎ2は出射媒体屈折
率、θ2 は出射角であり、ｎ1 が約３．５，θ1 が５度
でｎ2 ＝１よりθ2 は１７．８度となる。
【００１９】出射ビームが中心から１７．８度傾き、通
常の半導体レーザの組み立て方法では、ステム窓より出
力を一部分しが取り出せない。裏面を研磨した後に、ウ
ェハのへき開面を利用して、ホルダーに付けたままで１
７．８度傾けてパターニングすることで、このパターン
を利用して、出射ビームを中心の位置に補正する。
常の半導体レーザの組み立て方法では、ステム窓より出
力を一部分しが取り出せない。裏面を研磨した後に、ウ
ェハのへき開面を利用して、ホルダーに付けたままで１
７．８度傾けてパターニングすることで、このパターン
を利用して、出射ビームを中心の位置に補正する。
【００２０】
【実施例】以下、この発明における実施例を図面を参照
して説明する。 （実施例１）
して説明する。 （実施例１）
【００２１】図１を参照する。図中の11は、ｎ型のＧａ
Ａｓ基板である。この基板11上には、ｎ型のＡｌ0.45Ｇ
ａ0.55Ａｓ第１クラッド層12，多重量子井戸活性層13，
メサ部14ａを有するｐ型のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ第２ク
ラッド層14，及びｐ+ 型のＧａＡｓキャップ層15が形成
されている。ここで、前記多重量子井戸活性層13は、Ｇ
ａＡｓ量子井戸幅１０nm，Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ量子バ
リア幅５nmの１０周期構造で、単位量子井戸当りの光閉
じ込めは３％程度であるが、活性層全体としてのその光
閉じ込めは５０％前後となる。前記第２クラッド層14の
メサ部14ａの両サイド14ｂの厚さは０．２〜０．３μｍ
であり、ストライプ幅は３μｍである。前記第２クラッ
ド層14は、ｎ型のＩｎＧａＰ第１電流ブロック層16及び
この第１電流ブロック層16上に積層されたｎ型のＧａＡ
ｓ第２電流ブロック層17により埋め込まれている。前記
キャップ層15，第１電流ブロック層16の一部及び第２電
流ブロック層17上にはｐ側電極18が形成され、前記基板
11の裏面側にはｎ側電極19が形成されている。なお、図
中の20は、裏面ストライプを示す。また、この実施例１
では、ストライプ状導波路が端面に対して垂直方向から
５度傾いている。
Ａｓ基板である。この基板11上には、ｎ型のＡｌ0.45Ｇ
ａ0.55Ａｓ第１クラッド層12，多重量子井戸活性層13，
メサ部14ａを有するｐ型のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ第２ク
ラッド層14，及びｐ+ 型のＧａＡｓキャップ層15が形成
されている。ここで、前記多重量子井戸活性層13は、Ｇ
ａＡｓ量子井戸幅１０nm，Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ量子バ
リア幅５nmの１０周期構造で、単位量子井戸当りの光閉
じ込めは３％程度であるが、活性層全体としてのその光
閉じ込めは５０％前後となる。前記第２クラッド層14の
メサ部14ａの両サイド14ｂの厚さは０．２〜０．３μｍ
であり、ストライプ幅は３μｍである。前記第２クラッ
ド層14は、ｎ型のＩｎＧａＰ第１電流ブロック層16及び
この第１電流ブロック層16上に積層されたｎ型のＧａＡ
ｓ第２電流ブロック層17により埋め込まれている。前記
キャップ層15，第１電流ブロック層16の一部及び第２電
流ブロック層17上にはｐ側電極18が形成され、前記基板
11の裏面側にはｎ側電極19が形成されている。なお、図
中の20は、裏面ストライプを示す。また、この実施例１
では、ストライプ状導波路が端面に対して垂直方向から
５度傾いている。
【００２２】かかる構成の光半導体素子において、ｐ側
電極18より注入されたキャリアは第２電流ブロック層17
及び第１電流ブロック層16によりメサストライプ部分に
のみ集中的に注入される。ここで、メサストライプ部分
に集中的に注入されたキャリアは、活性層内での再結合
で自然放出光を発生させる。この実施例１では上記した
ようにストライプ状導波路が端面に対して垂直方向から
５度傾いているため、この導波路内を導波した光は端面
で反射されて再び導波路内に戻ること（光帰還増幅）無
く、端面より出射される。ここで、キャリアの再結合に
より発生する光は、接合面に対して水平横方向に拡がる
が、第１電流ブロック層16の屈折率がメサ部分に対して
小さいため、一旦横方向に拡がった光はメサ部分に収束
される。 （実施例２）
電極18より注入されたキャリアは第２電流ブロック層17
及び第１電流ブロック層16によりメサストライプ部分に
のみ集中的に注入される。ここで、メサストライプ部分
に集中的に注入されたキャリアは、活性層内での再結合
で自然放出光を発生させる。この実施例１では上記した
ようにストライプ状導波路が端面に対して垂直方向から
５度傾いているため、この導波路内を導波した光は端面
で反射されて再び導波路内に戻ること（光帰還増幅）無
く、端面より出射される。ここで、キャリアの再結合に
より発生する光は、接合面に対して水平横方向に拡がる
が、第１電流ブロック層16の屈折率がメサ部分に対して
小さいため、一旦横方向に拡がった光はメサ部分に収束
される。 （実施例２）
【００２３】図２を参照する。但し、図１と同部材は同
符号を付して説明を省略する。図中の21，22は、多重量
子井戸活性層13の上下に夫々形成されたｎ型のＡｌ0.3
Ｇａ0.7 Ａｓ第１光出力導波路、ｎ型のＡｌ0.3 Ｇａ
0.7 Ａｓ第２光出力導波路である。これらの光出力導波
路21，22の厚みは夫々５０nmで、Ｓｉドープ，不純物濃
度１×１０17cm-3である。こうした構成の光半導体素子
によれば、多重量子井戸活性層13の上下に夫々形成され
た第１・第２光出力導波路21，22の存在により、活性層
13に集中した光の閉じ込めを第１・第２光出力導波路2
1，22へ広げ、緩和させることができ、実施例１に比べ
更に高出力，高効率化を図ることができる。 （実施例３）
符号を付して説明を省略する。図中の21，22は、多重量
子井戸活性層13の上下に夫々形成されたｎ型のＡｌ0.3
Ｇａ0.7 Ａｓ第１光出力導波路、ｎ型のＡｌ0.3 Ｇａ
0.7 Ａｓ第２光出力導波路である。これらの光出力導波
路21，22の厚みは夫々５０nmで、Ｓｉドープ，不純物濃
度１×１０17cm-3である。こうした構成の光半導体素子
によれば、多重量子井戸活性層13の上下に夫々形成され
た第１・第２光出力導波路21，22の存在により、活性層
13に集中した光の閉じ込めを第１・第２光出力導波路2
1，22へ広げ、緩和させることができ、実施例１に比べ
更に高出力，高効率化を図ることができる。 （実施例３）
【００２４】図３を参照する。但し、図１と同部材は同
符号を付して説明を省略する。図中の31は、ｐ型のＧａ
Ａｓ基板である。この基板31上には、ｐ型のＡｌ0.45Ｇ
ａ0.55Ａｓ第１クラッド層32，多重量子井戸活性層33，
メサ部34ａを有するｎ型のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ第２ク
ラッド層34，及びｎ+ 型のＧａＡｓキャップ層35が形成
されている。ここで、前記多重量子井戸活性層33は、Ｇ
ａＡｓ量子井戸幅１０nm，Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ量子バ
リア幅５nmの１０周期構造で、単位量子井戸当りの光閉
じ込めは３％程度であるが、活性層全体としてのその光
閉じ込めは５０％前後となる。前記第２クラッド層34の
メサ部34ａの両サイド34ｂの厚さは０．２〜０．３μｍ
であり、ストライプ幅は３μｍである。前記第２クラッ
ド層34は、ｐ型のＩｎＧａＰ第１電流ブロック層36及び
この第１電流ブロック層36上に積層されたｐ型のＧａＡ
ｓ第２電流ブロック層37により埋め込まれている。前記
キャップ層35，第１電流ブロック層36の一部及び第２電
流ブロック層37上にはｎ側電極38が形成され、前記基板
31の裏面側にはｐ側電極39が形成されている。なお、図
中の40は表面ストライプ、41は裏面ストライプを示す。
符号を付して説明を省略する。図中の31は、ｐ型のＧａ
Ａｓ基板である。この基板31上には、ｐ型のＡｌ0.45Ｇ
ａ0.55Ａｓ第１クラッド層32，多重量子井戸活性層33，
メサ部34ａを有するｎ型のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ第２ク
ラッド層34，及びｎ+ 型のＧａＡｓキャップ層35が形成
されている。ここで、前記多重量子井戸活性層33は、Ｇ
ａＡｓ量子井戸幅１０nm，Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ量子バ
リア幅５nmの１０周期構造で、単位量子井戸当りの光閉
じ込めは３％程度であるが、活性層全体としてのその光
閉じ込めは５０％前後となる。前記第２クラッド層34の
メサ部34ａの両サイド34ｂの厚さは０．２〜０．３μｍ
であり、ストライプ幅は３μｍである。前記第２クラッ
ド層34は、ｐ型のＩｎＧａＰ第１電流ブロック層36及び
この第１電流ブロック層36上に積層されたｐ型のＧａＡ
ｓ第２電流ブロック層37により埋め込まれている。前記
キャップ層35，第１電流ブロック層36の一部及び第２電
流ブロック層37上にはｎ側電極38が形成され、前記基板
31の裏面側にはｐ側電極39が形成されている。なお、図
中の40は表面ストライプ、41は裏面ストライプを示す。
【００２５】前記表面ストライプ40に沿う前記キャップ
層35、第１・第２電流ブロック層36，37及び第２クラッ
ド層34には、これらの層の端部より２０〜３０μｍ幅に
渡ってドーズ量４×１０14cm-2のＧａ+ イオンが注入さ
れたＧａ+ イオン注入領域42が，前記活性層33に達する
形成されている。このＧａ+ イオン注入領域42は、端面
近傍の光密度の上昇による光学的損傷を抑制して光出力
を更に増大させるためである。なお、この実施例３で
は、ストライプ状導波路が端面に対して垂直方向から５
度傾いている。
層35、第１・第２電流ブロック層36，37及び第２クラッ
ド層34には、これらの層の端部より２０〜３０μｍ幅に
渡ってドーズ量４×１０14cm-2のＧａ+ イオンが注入さ
れたＧａ+ イオン注入領域42が，前記活性層33に達する
形成されている。このＧａ+ イオン注入領域42は、端面
近傍の光密度の上昇による光学的損傷を抑制して光出力
を更に増大させるためである。なお、この実施例３で
は、ストライプ状導波路が端面に対して垂直方向から５
度傾いている。
【００２６】こうした構成の実施例３によれば、前記Ｇ
ａ+ イオン注入領域42の存在により、多重量子井戸構造
を無秩序化し、実効的なバンドギャップをＡｌ0.1 Ｇａ
0.9Ａｓの混晶にする。従って、ウィンドウ領域のバン
ドギャップは９０ｍｅＶ広くなり、発光した光の半値幅
は４０ｍｅＶ以下であるため、吸収されることは無く
（発光ダイオードより半値全幅は狭いので、４０ｍｅＶ
以下）、光出力が得られる。
ａ+ イオン注入領域42の存在により、多重量子井戸構造
を無秩序化し、実効的なバンドギャップをＡｌ0.1 Ｇａ
0.9Ａｓの混晶にする。従って、ウィンドウ領域のバン
ドギャップは９０ｍｅＶ広くなり、発光した光の半値幅
は４０ｍｅＶ以下であるため、吸収されることは無く
（発光ダイオードより半値全幅は狭いので、４０ｍｅＶ
以下）、光出力が得られる。
【００２７】また、Ｇａ+ イオン注入領域42の存在によ
り、第２クラッド層34及びキャップ層35は高抵抗（抵抗
率が４桁上昇）となり、電流注入を抑制できる。更に、
光素子端面近傍のダングリングボンドや格子欠陥が原因
とされる非発光再結合による発熱効果で生じる光学損傷
を防止できる。 （実施例４）
り、第２クラッド層34及びキャップ層35は高抵抗（抵抗
率が４桁上昇）となり、電流注入を抑制できる。更に、
光素子端面近傍のダングリングボンドや格子欠陥が原因
とされる非発光再結合による発熱効果で生じる光学損傷
を防止できる。 （実施例４）
【００２８】図４を参照する。前記実施例２では、キャ
リアの各々の量子井戸領域への効率的な電子注入方法と
して、第１・第２光出力導波路をｎ形ドーピングする場
合について述べた。この実施例４は、図４に示す如く、
中央の量子バリア層を他の量子バリア層に対して、４倍
の２０nmとして、この領域をｎ形ドーピング（Ｓｉドー
プ，不純物濃度１×１０17cm-3）した構成となってい
る。これにより、量子井戸内での再結合確率を上昇さ
せ、高効率化できる。また、量子バリア層のみｐ形にド
々ピング（前後２周期はノンドープで、炭素，ベリリウ
ムで１×１０18cm-3）し、過剰なアクセプタに対して、
少量の注入された電子との再結合を効率的に行ってい
る。
リアの各々の量子井戸領域への効率的な電子注入方法と
して、第１・第２光出力導波路をｎ形ドーピングする場
合について述べた。この実施例４は、図４に示す如く、
中央の量子バリア層を他の量子バリア層に対して、４倍
の２０nmとして、この領域をｎ形ドーピング（Ｓｉドー
プ，不純物濃度１×１０17cm-3）した構成となってい
る。これにより、量子井戸内での再結合確率を上昇さ
せ、高効率化できる。また、量子バリア層のみｐ形にド
々ピング（前後２周期はノンドープで、炭素，ベリリウ
ムで１×１０18cm-3）し、過剰なアクセプタに対して、
少量の注入された電子との再結合を効率的に行ってい
る。
【００２９】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、以下
に述べる効果を有する。活性層を通常の半導体レーザの
量子井戸数と比較して増大させ、各々の量子井戸内での
光閉じ込め係数を下げて、注入電流に対する利得飽和を
抑制する（これは、半導体レーザと同じ）と共に、導波
路伝播で発生する利得を増大させるために、活性層全体
として、光閉じ込めを大きくして（半導体レーザとは逆
方向）、高出力化を図っている。また、端面保護を目的
として、ウィンドウ構造と同時に電流の注入を抑制し
て、高効率，高出力をめざしている。更に、量子井戸数
の増加に伴なう各々の量子井戸内での利得の安定を図る
ために、量子バリア層のみｐ形にドーピング，光出力導
波路層のみｎ形にドーピング，中央の量子バリア層のみ
２〜５倍，他の量子バリア層に対して厚くし、ｎ形ドー
ピングして、各々の量子井戸内での内部量子効率を上昇
させて、量子井戸数増加に伴なう動作電流の増大を抑制
している。上記実施例では、ストライプ方向を端面の垂
直方向に対して５度傾けて反射率を１０-4以下とする
が、通常の半導体レーザのストライプ方向で端面の多層
誘電体コート及びウィンドウ構造で実効的に反射率を１
０-4以下としても同様の効果となる。本発明により、量
子効率として、半導体レーザにせまる２０％以上が期待
でき、最大出力として５０ｍＷ以上の安定なＳＬＤが実
現できる。
に述べる効果を有する。活性層を通常の半導体レーザの
量子井戸数と比較して増大させ、各々の量子井戸内での
光閉じ込め係数を下げて、注入電流に対する利得飽和を
抑制する（これは、半導体レーザと同じ）と共に、導波
路伝播で発生する利得を増大させるために、活性層全体
として、光閉じ込めを大きくして（半導体レーザとは逆
方向）、高出力化を図っている。また、端面保護を目的
として、ウィンドウ構造と同時に電流の注入を抑制し
て、高効率，高出力をめざしている。更に、量子井戸数
の増加に伴なう各々の量子井戸内での利得の安定を図る
ために、量子バリア層のみｐ形にドーピング，光出力導
波路層のみｎ形にドーピング，中央の量子バリア層のみ
２〜５倍，他の量子バリア層に対して厚くし、ｎ形ドー
ピングして、各々の量子井戸内での内部量子効率を上昇
させて、量子井戸数増加に伴なう動作電流の増大を抑制
している。上記実施例では、ストライプ方向を端面の垂
直方向に対して５度傾けて反射率を１０-4以下とする
が、通常の半導体レーザのストライプ方向で端面の多層
誘電体コート及びウィンドウ構造で実効的に反射率を１
０-4以下としても同様の効果となる。本発明により、量
子効率として、半導体レーザにせまる２０％以上が期待
でき、最大出力として５０ｍＷ以上の安定なＳＬＤが実
現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る光半導体素子の概略斜
視図。
視図。
【図２】本発明の実施例２に係る光半導体素子の概略斜
視図。
視図。
【図３】本発明の実施例３に係る光半導体素子の概略斜
視図。
視図。
【図４】本発明の実施例４に係る光半導体素子のバンド
ダイヤフラム図。
ダイヤフラム図。
【図５】従来の高出力スーパールミネッセントダイオー
ドの概略斜視図。
ドの概略斜視図。
11，31…ＧａＡｓ基板、 12，14，32，34…
クラッド層、13，33…多重量子井戸活性層、 15，
35…キャップ層、16，17，36，37…電流ブロック層、
18，39…ｐ側電極、19，38…ｎ側電極、
21，22…光出力導波路層、42…Ｇａ+ イオン注入領
域。
クラッド層、13，33…多重量子井戸活性層、 15，
35…キャップ層、16，17，36，37…電流ブロック層、
18，39…ｐ側電極、19，38…ｎ側電極、
21，22…光出力導波路層、42…Ｇａ+ イオン注入領
域。
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に、第１クラッド層、量子井戸活
性層を順次介してメサ状第２クラッド層を設け、この第
２クラッド層を電流ブロック層で埋め込んでなる屈折率
差導波型ダブルヘテロ接合の光半導体素子において、 前記量子井戸活性層の単位量子当りの光閉じ込め係数を
０．０５以下とするとともに、活性層全体の光閉じ込め
係数を０．３以上０．６以下とし、かつ端面の反射率を
１０-4以下にしたことを特徴とする光半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2436093A JPH06237011A (ja) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | 光半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2436093A JPH06237011A (ja) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | 光半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06237011A true JPH06237011A (ja) | 1994-08-23 |
Family
ID=12136036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2436093A Withdrawn JPH06237011A (ja) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | 光半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06237011A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005074047A1 (ja) * | 2004-01-28 | 2005-08-11 | Anritsu Corporation | 光半導体素子およびその製造方法 |
| WO2008117527A1 (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Kyushu University, National University Corporation | 高輝度発光ダイオード |
| JP2010141039A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Hamamatsu Photonics Kk | スーパールミネッセントダイオード |
| JP2010192601A (ja) * | 2009-02-17 | 2010-09-02 | Anritsu Corp | 半導体発光素子およびそれを用いた光パルス試験器 |
| WO2012123997A1 (ja) * | 2011-03-17 | 2012-09-20 | パナソニック株式会社 | 半導体発光素子及びそれを用いた発光装置 |
| US9653641B2 (en) | 2014-12-24 | 2017-05-16 | Seiko Epson Corporation | Light emitting device and projector |
| CN113937620A (zh) * | 2021-09-02 | 2022-01-14 | 华中科技大学 | 一种高功率单横模半导体激光器及其控制方法 |
-
1993
- 1993-02-12 JP JP2436093A patent/JPH06237011A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005074047A1 (ja) * | 2004-01-28 | 2005-08-11 | Anritsu Corporation | 光半導体素子およびその製造方法 |
| JPWO2005074047A1 (ja) * | 2004-01-28 | 2008-01-10 | アンリツ株式会社 | 光半導体素子およびその製造方法 |
| WO2008117527A1 (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Kyushu University, National University Corporation | 高輝度発光ダイオード |
| JPWO2008117527A1 (ja) * | 2007-03-23 | 2010-07-15 | 国立大学法人九州大学 | 高輝度発光ダイオード |
| US8295663B2 (en) | 2007-03-23 | 2012-10-23 | Kyushu University, National University Corporation | Super-luminescent light emitting diode |
| JP5616629B2 (ja) * | 2007-03-23 | 2014-10-29 | 国立大学法人九州大学 | 高輝度発光ダイオード |
| JP2010141039A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Hamamatsu Photonics Kk | スーパールミネッセントダイオード |
| JP2010192601A (ja) * | 2009-02-17 | 2010-09-02 | Anritsu Corp | 半導体発光素子およびそれを用いた光パルス試験器 |
| WO2012123997A1 (ja) * | 2011-03-17 | 2012-09-20 | パナソニック株式会社 | 半導体発光素子及びそれを用いた発光装置 |
| US9653641B2 (en) | 2014-12-24 | 2017-05-16 | Seiko Epson Corporation | Light emitting device and projector |
| CN113937620A (zh) * | 2021-09-02 | 2022-01-14 | 华中科技大学 | 一种高功率单横模半导体激光器及其控制方法 |
| CN113937620B (zh) * | 2021-09-02 | 2023-02-10 | 华中科技大学 | 一种高功率单横模半导体激光器及其控制方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000509 |